[发明专利]从炼厂尾气中分离提纯氢气的方法

权利要求书

1.从炼厂尾气中分离提纯氢气的方法，提供一段变温吸附气体分离装置和四段变压吸附气体分离装置，采用一段变温吸附工艺和四段变压吸附工艺，顺序进行如下操作：

(1)原料气进入一段变温吸附(TSA)气体分离装置，进行一段变温吸附工艺，首先进入一段湿法脱硫塔将原料气中的硫化氢含量降低至＜20ppm，然后进入一段气水分离器除去液态水，再经一段压缩机加压，然后自一段吸附塔底部进入一段处于吸附状态的吸附塔内，在吸附床层活性碳的吸附下，原料气中的易被吸附组分即C6及以上大分子烃类物质被吸附下来，解析后得到的高热值的燃料气送至第三段变压吸附(PSA-3)气体分离装置的第三段解析气压缩机经加压后送往界外，未被吸附的一段混合气从处于吸附状态的吸附塔顶部流出，进入第一段变压吸附(PSA-1)气体分离装置；

一段变温吸附(TSA)气体分离装置为10座吸附塔3座吸附塔吸附流程，在设定好的程控步序下任一时刻都有3座吸附塔处于吸附状态，但这3座吸附塔进入吸附(A)存在先后顺序，当最先进入吸附(A)的吸附塔的吸附前沿最先到达吸附床层出口预留段初始位置时，关掉该座吸附塔塔底进料阀和塔顶出口阀即停止吸附，其它两座吸附塔的吸附前沿还未到达吸附床层出口预留段初始位置的吸附塔继续吸附，与此同时1座已完成最终升压(FR)的吸附塔按照设定好的程控步序自动切入到吸附(A)，这样始终保持一段变温吸附(TSA)气体分离装置任意时刻都处于3塔吸附；

5次压力均衡降(E1D～E5D)：在吸附(A)过程结束后，顺着吸附方向将吸附塔内的一段残留混合气放入其它处于5次压力均衡升(E5R～E1R)过程的吸附塔，随着该座吸附塔塔内压力逐渐降低，被吸附组分C6及以上大分子烃类物质不断解吸，解吸后的C6及以上大分子烃类物质到达床层出口预留段时，被预留段内的吸附剂吸附，致使该座吸附塔塔内的吸附剂全部充分吸附C6及以上大分子烃类物质，该过程可以充分回收吸附塔床层死空间内的一段混合气并提高吸附床层的C6及以上大分子烃类物质气体浓度；

逆向放压(BD)：在5次压力均衡降(E1D～E5D)过程结束后，逆着吸附方向将该座吸附塔压力降到最低，此时被吸附的C6及以上大分子烃类物质解吸出来送入第二段变压吸附(PSA-2)气体分离装置的第二段吹扫气缓冲罐进行回收；

热吹(H)：在逆向放压(BD)过程结束后，将第三段变压吸附(PSA-3)气体分离装置的第三段解析气缓冲罐的出口气作为再生气源，通过第三段变压吸附(PSA-3)气体分离装置的第三段鼓风机加压至30KP送到一段再生气加热器，加热至160℃后逆着吸附方向对吸附塔高温吹扫，热吹至吸附塔底入口总管温度至120℃，解析得到的富含C6及以上大分子烃类物质气体送入一段冷却器冷却至40℃，然后进入一段解析气缓冲罐，再由变压吸附(PSA-3)气体分离装置的第三段解析气压缩机加压后作为高热值燃气送往界外；

冷吹(C)：在热吹(H)过程结束后，停止对一段再生气加热器供给蒸汽，打开一段再生气加热器旁通阀，直接依靠来自第三段变压吸附(PSA-3)气体分离装置的解析气对吸附塔内的高温吸附剂进行冷吹降温，降温至该座吸附塔底入口总管温度至40℃结束，从该座吸附塔底出来的冷吹气依次经过一段冷却器和一段解析气缓冲罐后由第三段变压吸附(PSA-3)气体分离装置的第三段解析气压缩机加压后作为高热值燃气送往界外；

五均升(E5R)：在冷吹(C)过程结束后，用来自其它处于第5次压力均衡降(E5D)过程的吸附塔的混合气，逆着吸附方向对该吸附塔进行升压，这一过程与5次压力均衡降(E1D～E5D)过程中的E5D相对应，不仅是升压过程，而且更是回收处于第5次压力均衡降(E5D)过程的吸附塔的床层死空间有效气体的过程；

隔离(IS)：在五均升(E5R)过程结束后，关掉该吸附塔塔底进料程控阀和塔顶出口程控阀，在压力不变的状态下保持一定时间；

剩余4次压力均衡升(E4R～E1R)：在五均升(E5R)过程结束后，用来自其它处于4次压力均衡降(E4D～E1D)过程的吸附塔的混合气，逆着吸附方向依次对该座吸附塔进行升压，这一过程与4次压力均衡降(E1D～E4D)过程相对应，不仅是升压过程，而且更是回收其它处于4次压力均衡降(E1D～E4D)过程的吸附塔的床层死空间有效气体的过程；

最终升压(FR)：剩余4次压力均衡升(E4R～E1R)过程结束后，用处于吸附状态的吸附塔的出口气逆向将该座吸附塔充压至吸附压力，通过逆向充压可以将吸附前沿推向床层进料端，并将其浓度前沿尽量压平，对下一步吸附操作有利，该座吸附塔在终升(FR)步骤结束后完成一个循环操作，并准备好进行下一循环的吸附操作；

(2)进入第一段变压吸附(PSA-1)气体分离装置的一段混合气自第一段吸附塔底部进入第一段处于吸附状态的吸附塔内，进行第一段变压吸附工艺，在吸附床层氧化铝、硅胶、分子筛的依次选择吸附下，一段混合气中的易被吸附组分即C3、C4和C5+被吸附下来，解析后得到解析气作为高热值气体送往界外，未被吸附的第一段混合气从处于吸附状态的吸附塔顶部流出，进入第二段变压吸附(PSA-2)气体分离装置；

第一段变压吸附(PSA-1)气体分离装置为34座吸附塔4座吸附塔吸附流程，在设定好的程控步序下任一时刻都有4座吸附塔处于吸附状态，但这4座吸附塔进入吸附(A)存在先后顺序，当最先进入吸附(A)的吸附塔的吸附前沿最先到达吸附床层出口预留段初始位置时，关掉该座吸附塔塔底进料阀和塔顶出口阀即停止吸附，其它三座吸附塔的吸附前沿还未到达吸附床层出口预留段初始位置的吸附塔继续吸附，与此同时1座已完成最终升压(FR)的吸附塔按照设定好的程控步序自动切入到吸附(A)，这样始终保持第一段变压吸附(PSA-1)气体分离装置任意时刻都处于4塔吸附；

26次压力均衡降(ED)：在吸附(A)过程结束后，顺着吸附方向将该座吸附塔内的残留第一段混合气放入其它处于26次压力均衡升(ER)过程的吸附塔，随着该座吸附塔内压力逐渐降低，被吸附组分C3、C4、C5不断解吸，解吸后的C3、C4、C5到达床层出口预留段时，被预留段内的吸附剂吸附，致使该座吸附塔塔内的吸附剂全部充分吸附C3、C4、C5，该过程可以充分回收该座吸附塔床层死空间内的第一段混合气并提高吸附床层的C3～C5烃类分子气体浓度；

逆向放压(BD)：在26次压力均衡降(ED)过程结束后，逆着吸附方向将该座吸附塔压力降到最低，逆放气进入第二段变压吸附(PSA-2)气体分离装置的第二段吹扫气缓冲罐；

置换(RP)：在逆向放压(BD)过程结束后，自第一段解析气缓冲罐来的解析气顺着吸附方向自塔底进入该座吸附塔，使塔内逆向放压(BD)过程结束后尚存的第一段混合气顺着吸附方向由塔顶流出送入处于升压步骤的吸附塔内作为升压气，予以回收利用；

抽真空(V)：在置换(RP)过程结束后，逆着吸附方向利用第一段水环真空泵对该座吸附塔进行抽真至-70KP，抽真空得到的富含C3、C4、C5成分的解析气依次经过第一段气水分离器、第一段解析气缓冲罐后送入第一段解析气压缩机加压后作为高热值燃料送至界外；

升压(ER)：在抽真空(V)过程结束后，利用处于置换步序的吸附塔内的顶部流出气，逆着吸附方向进入该座吸附塔进行预升压，为后续均衡升做准备；

26次压力均衡升(ER)：在升压(ER)过程结束后，用来自其它处于26次压力均衡降(ED)过程的吸附塔的混合气，逆着吸附方向依次对该座吸附塔进行升压，这一过程与26次压力均衡降(ED)过程相对应，不仅是升压过程，而且更是回收其它处于26次压力均衡降(ED)过程的床层死空间内的第一段混合气的过程；

最终升压(FR)：在26次压力均衡升(ER)过程结束后，为了使该座吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附并减少出口气在这一过程中的波动，需要缓慢而平稳地用处于吸附状态的吸附塔的第一段混合气将吸附塔压力升至吸附压力，最终升压步骤将吸附床层充压到吸附压力，该座吸附塔进入下一循环周期；

(3)进入第二段变压吸附(PSA-2)气体分离装置的第一段混合气自第二段吸附塔底部进入第二段处于吸附状态的吸附塔内，进行第二段变压吸附工艺，在吸附床层硅胶、分子筛的依次选择吸附下，第一段混合气中的易被吸附组分即C3～C5烃类分子被吸附下来，解吸后得到的气体返回一段变温吸附(TSA)气体分离装置，未被吸附的第二段混合气从处于吸附状态的吸附塔顶部流出，进入第三段变压吸附(PSA-3)气体分离装置；

第二段变压吸附(PSA-2)气体分离装置为18座吸附塔3座吸附塔吸附流程，在设定好的程控步序下任一时刻都有3座吸附塔处于吸附状态，但这3座吸附塔进入吸附(A)存在先后顺序，当最先进入吸附(A)的吸附塔的吸附前沿最先到达吸附床层出口预留段初始位置时，关掉该座吸附塔塔底进料阀和塔顶出口阀即停止吸附，其它两座吸附塔的吸附前沿还未到达吸附床层出口预留段初始位置的吸附塔继续吸附，与此同时1座已完成最终升压(FR)的吸附塔按照设定好的程控步序自动切入到吸附(A)，这样始终保持第二段变压吸附(PSA-2)气体分离装置任意时刻都处于3塔吸附；

10次压力均衡降(ED)：在吸附(A)过程结束后，顺着吸附方向将该座吸附塔内的残留第二段混合气放入其它处于10次压力均衡升(ER)过程的吸附塔，随着该座吸附塔塔内压力逐渐降低，被吸附组分C3～C5烃类分子不断解吸，解吸后的C3～C5烃类分子到达床层出口预留段时，被预留段内的吸附剂吸附，致使该座吸附塔塔内的吸附剂全部充分吸附C3～C5烃类分子，该过程可以充分回收该座吸附塔床层死空间内的第二段混合气并提高吸附床层的C3～C5烃类分子气体浓度；

顺放(PP)：在10次压力均衡降(ED)过程结束后，顺着吸附方向分三次将该座吸附塔内的富含氢气、甲烷、己烷等成分的第二段混合气分别放入3台第二段顺放气缓冲罐，作为吹扫的气源；

逆向放压(BD)：在顺放(PP)过程结束后，逆着吸附方向将该座吸附塔压力降到最低，被吸附的C3～C5烃类分子气体解吸出来，进入第二段逆放气缓冲罐，再由第二段解析气压缩机加压至0.5MPa送至一段变温吸附(TSA)气体分离装置的一段气水分离器，以回收再分离；

吹扫(P)：在逆向放压(BD)过程结束后，为使吸附剂得到进一步的再生，分别用3台第二段顺放气缓冲罐中的富含氢气、甲烷、己烷成分的第二段混合气逆着吸附方向对吸附床层吹扫，进一步降低C3～C5烃类分子气体的分压，使被吸附的C3～C5烃类分子气体解吸，吸附剂得以再次再生，解吸出来的C3～C5烃类分子气体进入第二段吹扫气缓冲罐，然后送到第二段解析气压缩机加压至0.5MPa送至一段变温吸附(TSA)气体分离装置的一段气水分离器，以回收再分离；

10次压力均衡升(ER)：在吹扫(P)过程结束后，用来自其它处于10次压力均衡降(ED)过程的吸附塔的未被吸附的第二段混合气，逆着吸附方向依次对该座吸附塔进行升压，这一过程与10次压力均衡降(ED)过程相对应，不仅是升压过程，而且更是回收其它处于10次压力均衡降(ED)过程的床层死空间内的第二段混合气的过程；

最终升压(FR)：在10次压力均衡升(ER)过程结束后，为了使吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附并减少出口气在这一过程中的波动，需要缓慢而平稳地用处于吸附状态的吸附塔的第二段混合气将吸附塔压力升至吸附压力，最终升压步骤将吸附床层充压到吸附压力，该座吸附塔进入下一循环周期；

(4)进入第三段变压吸附(PSA-3)气体分离装置的第二段混合气自第三段吸附塔底部进入第三段处于吸附状态的吸附塔内，进行第三段变压吸附工艺，在吸附床层硅胶、制氢分子筛的依次选择吸附下，第二段混合气中的易被吸附组分即大量氮气、二氧化碳、甲烷、乙烷和微量的C3～C5烃类分子被吸附下来，解吸后得到的气体送入第三段解析气缓冲罐，然后通过第三段解析气压缩机加压后送往界外，未被吸附的第三段混合气从处于吸附状态的吸附塔顶部流出，进入第四段变压吸附(PSA-4)气体分离装置；

第三段变压吸附(PSA-3)气体分离装置为27座吸附塔3座吸附塔吸附流程，在设定好的程控步序下任一时刻都有3座吸附塔处于吸附状态，但这3座吸附塔进入吸附(A)存在先后顺序，当最先进入吸附(A)的吸附塔的吸附前沿最先到达吸附床层出口预留段初始位置时，关掉该座吸附塔塔底进料阀和塔顶出口阀即停止吸附，其它两座吸附塔的吸附前沿还未到达吸附床层出口预留段初始位置的吸附塔继续吸附，与此同时1座已完成最终升压(FR)的吸附塔按照设定好的程控步序自动切入到吸附(A)，这样始终保持第三段变压吸附(PSA-3)气体分离装置任意时刻都处于3塔吸附；

20次压力均衡降(ED)：在吸附(A)过程结束后，顺着吸附方向将该座吸附塔内的第三段混合气放入其它处于20次压力均衡升(ER)过程的吸附塔，随着该座吸附塔塔内压力逐渐降低，被吸附组分氮气、二氧化碳、甲烷、乙烷、C3～C5烃类分子不断解吸，解吸后的氮气、二氧化碳、甲烷、乙烷、C3～C5烃类分子到达床层出口预留段时，被预留段内的吸附剂吸附，致使该座吸附塔塔内的吸附剂全部充分吸附氮气、二氧化碳、甲烷、乙烷、C3～C5烃类分子，该过程可以充分回收该座吸附塔床层死空间内的未被吸附的第三段混合气并提高吸附床层的氮气、二氧化碳、甲烷、乙烷、C3～C5烃类分子气体浓度；

逆向放压(BD)：在20次压力均衡降(ED)过程结束后，逆着吸附方向将该座吸附塔压力降到最低，被吸附的氮气、二氧化碳、甲烷、乙烷、C3～C5烃类分子气体解吸出来，进入第三段解析气缓冲罐，经过第三段解析气缓冲罐缓冲稳压后的逆放气一部分由第三段罗茨鼓风机加压至30KPa送至一段变温吸附(TSA)气体分离装置的一段再生气加热器，作为吸附剂再生气源，另一部分经第三段解析气压缩机加压至0.6MPa作为燃料气送至界外；

吹扫(P)：在逆向放压(BD)过程结束后，为使吸附剂得到进一步的再生，利用第四段变压吸附(PSA-4)气体分离装置的第四段吹扫气缓冲罐内的高富氢混合气逆着吸附方向对吸附床层吹扫，进一步降低氮气、二氧化碳、甲烷、乙烷、C3～C5烃类分子气体的分压，使被吸附的氮气、二氧化碳、甲烷、乙烷、C3～C5烃类分子气体解吸，吸附剂得以再次再生，解吸出来的氮气、二氧化碳、甲烷、乙烷、C3～C5烃类分子气体进入第三段吹扫气缓冲罐，经过第三段解析气缓冲罐缓冲稳压后的吹扫气与逆放气一样一部分由第三段罗茨鼓风机加压至30KPa送至一段变温吸附(TSA)气体分离装置的一段再生气加热器，作为吸附剂再生气源，另一部分经第三段解析气压缩机加压至0.6MPa作为燃料气送至界外；

四段升(4ER)：在逆向放压(BD)过程结束后，利用第四段变压吸附(PSA-4)气体分离装置的第四段逆放气缓冲罐内的逆放气，逆着吸附方向进入该座吸附塔进行预升压，为后续均衡升做准备；

隔离(IS)：在四段升(4ER)过程结束后，关掉该吸附塔塔底进料程控阀和塔顶出口程控阀，在压力不变的状态下保持一定时间；

20次压力均衡升(ER)：在四段升(4ER)过程结束后，用来自其它处于20次压力均衡降(ED)过程的吸附塔的第三段混合气，逆着吸附方向依次对该座吸附塔进行升压，这一过程与20次压力均衡降(ED)过程相对应，不仅是升压过程，而且更是回收其它处于20次压力均衡降(ED)过程的床层死空间内的第三段混合气的过程；

最终升压(FR)：在20次压力均衡升(ER)过程结束后，为了使吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附并减少出口气在这一过程中的波动，需要缓慢而平稳地用处于吸附状态的吸附塔的第三段混合气将吸附塔压力升至吸附压力，最终升压步骤将吸附床层充压到吸附压力，该座吸附塔进入下一循环周期；

(5)进入第四段变压吸附(PSA-4)气体分离装置的第三段混合气自第四段吸附塔底部进入第四段处于吸附状态的吸附塔内，进行第四段变压吸附工艺，在吸附床层制氢分子筛的吸附下，C1、C2烃类及N2气体被吸附下来，未被吸附的氢气从3座吸附塔塔顶流出，得到产品气体；

第四段变压吸附(PSA-4)气体分离装置为12座吸附塔3座吸附塔吸附流程，在设定好的程控步序下任一时刻都有3座吸附塔处于吸附状态，但这3座吸附塔进入吸附(A)存在先后顺序，当最先进入吸附(A)的吸附塔的吸附前沿最先到达吸附床层出口预留段初始位置时，关掉该座吸附塔塔底进料阀和塔顶出口阀即停止吸附，其它两座吸附塔的吸附前沿还未到达吸附床层出口预留段初始位置的吸附塔继续吸附，与此同时1座已完成最终升压(FR)的吸附塔按照设定好的程控步序自动切入到吸附(A)，这样始终保持第四段变压吸附(PSA-2)气体分离装置任意时刻都处于3塔吸附；

5次压力均衡降(E1D～E5D)：在吸附(A)过程结束后，顺着吸附方向将该座吸附塔内的未被吸附的氢气放入其它处于5次压力均衡升(E5R～E1R)过程的吸附塔，随着该座吸附塔塔内压力逐渐降低，被吸附组分C1、C2烃类及N2不断解吸，解吸后的C1、C2烃类及N2到达床层出口预留段时，被预留段内的吸附剂吸附，致使该座吸附塔塔内的吸附剂全部充分吸附C1、C2烃类及N2，该过程可以充分回收该座吸附塔床层死空间内的氢气并提高吸附床层的C1、C2烃类及N2气体浓度；

顺放(PP)：在5次压力均衡降(E1D～E5D)过程结束后，顺着吸附方向分三次将该座吸附塔内的氢气分别放入3台第四段顺放气缓冲罐，作为吹扫的气源；

逆向放压(BD)：在顺放(PP)过程结束后，逆着吸附方向将该座吸附塔压力降到最低，被吸附的C1、C2烃类及N2气体解吸出来，一部分送到第二段变压吸附(PSA-2)气体分离装置的第二段顺放气缓冲罐，作为吹扫气源，另一部分进入第四段逆放气缓冲罐，然后送到第三段变压吸附(PSA-3)气体分离装置，作为升压气源；

吹扫(P)：在逆向放压(BD)过程结束后，为使吸附剂得到进一步的再生，分别用3台第四段顺放气缓冲罐中的氢气逆着吸附方向对吸附床层吹扫，进一步降低C1、C2烃类及N2气体的分压，使被吸附的C1、C2烃类及N2气体解吸，吸附剂得以再次再生，解吸出来的C1、C2烃类及N2气体进入第四段吹扫气缓冲罐，然后送到第三段变压吸附(PSA-3)气体分离装置做为吹扫气源；

五均升(E5R)：在吹扫(P)过程结束后，用来自其它处于第五5次压力均衡降(E5D)过程的吸附塔的混合气，逆着吸附方向对该吸附塔进行升压，这一过程与5次压力均衡降(E1D～E5D)过程中的E5D相对应，不仅是升压过程，而且更是回收处于第五5次压力均衡降(E5D)过程的吸附塔的床层死空间有效气体的过程；

隔离(IS)：在五均升(E5R)过程结束后，关掉该吸附塔塔底进料程控阀和塔顶出口程控阀，在压力不变的状态下保持一定时间；

剩余4次压力均衡升(E4R～E1R)：在五均升(E5R)过程结束后，用来自其它处于4次压力均衡降(E4D～E1D)过程的吸附塔的混合气，逆着吸附方向依次对该座吸附塔进行升压，这一过程与4次压力均衡降(E1D～E4D)过程相对应，不仅是升压过程，而且更是回收其它处于4次压力均衡降(E1D～E4D)过程的吸附塔的床层死空间有效气体的过程；

最终升压(FR)：在剩余4次压力均衡升(E4R～E1R)过程结束后，为了使吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附并减少出口气在这一过程中的波动，需要缓慢而平稳地用处于吸附状态的吸附塔的出口气将吸附塔压力升至吸附压力，最终升压步骤将吸附床层充压到吸附压力，该座吸附塔进入下一循环周期。